Prognose- und Monitoringergebnisse zu temperaturinduzierten hydrochemischen Auswirkungen auf Haupt- und Spurenkomponenten in einem HT-ATES-Feldversuch auf dem "TestUM"-Testfeld

Um den geologischen Untergrund neben seiner Funktion als Grundwasserreservoir zukünftig lokal auch vermehrt für Hochtemperatur-Wärmespeicher (HT-ATES) nutzen zu können, bedarf es der Entwicklung und Verbesserung von Ansätzen zur Prognose und zum Monitoring temperaturinduzierter (bio-)geochemischer Prozesse, um potentielle Risiken zu minimieren und die Akzeptanz der Technologie zu fördern.

Dafür werden auf dem hydrogeologischen „TestUM“-Testfeld in Wittstock/Brandenburg Wärmeeintragsexperimente unter kontrollierten Randbedingungen durchgeführt, bei denen bis auf ca. 80 °C erwärmtes Grundwasser in 7–14 m u. GOK in den glazigenen Grundwasserleiter eingetragen wird, um so die temperaturinduzierten hydrochemischen Auswirkungen auf Haupt- und Spurenkomponenten mit 34 Messstellen mit je 3-5 Beprobungstiefen räumlich und zeitlich hochaufgelöst zu erfassen. Die Feldversuche werden durch entsprechend temperierte Batch- und Säulenversuche mit Standortmaterial im Labor und numerischen Simulationen begleitet.

Ein Abgleich der Feldergebnisse der initialen Aufheizphase eines ca. 5-tägigen Wärmeeintrags mit auf Basis der Laborversuche temperaturabhängig prognostizierten Konzentrationsänderungen zeigte, dass die durchgeführten Batchversuche zur Prognose initialer, austauschdominierter Freisetzungsprozesse umweltrelevanter Grundwasse­rkomponenten geeignet sind. Dabei zeigte sich eine umso bessere Prognosegüte, je weniger das eingetragene Wasser bis zur Beprobung abgekühlt war¹. Optimierungspotenzial besteht weiterhin für die Prognose von Konzentrationsrückgängen bei Abkühlung des eingetragenen Wassers.

In seit August '21 laufenden, längerfristigen zyklischen Feldversuchen, bei denen wiederholt über 14 Tage 300 m³ auf 75-80 °C erwärmtes Wasser eingetragen und nach einer dreiwöchigen Standzeit abgekühlt wieder extrahiert wird, liegt der Fokus auf der zeitlichen Veränderung des Emissionsverhaltens der Grundwasserkomponenten, sowie der räumlichen Ausbreitung von Konzentrationsänderungen bzw. deren Reversibilität bei Abkühlung. Hierbei zeigen erste Ergebnisse eine geringere Si_diss-Freisetzung im zentralen Bereich um den Eintragsbrunnen, der bereits beim vorherigen kürzeren Wärmeeintragsexperiment aufgeheizt war, als im erstmals auf >70 °C erwärmten umliegenden Bereich, was wie erwartet auf eine sukzessive Abnahme des Leachingspotenzials bei wiederholter Aufheizung hinweist.

Die aus diesen international einzigartigen Untersuchungen und Ergebnissen abgeleitete Datenbasis ist essentiell, um in Zukunft Aussagen bzw. Bewertungen zu derartig nutzungsinduzierten Auswirkungen zu ermöglichen und um darauf basierend z.B. belastbare und geeignete Kriterien für Interventionsszenarien im Rahmen genehmigungsrechtlicher Belange für die Nutzung des geologischen Untergrundes als HT-ATES definieren zu können.

Die Arbeiten wurden bzw. werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unter den Förderkennzeichen 03G0875A (TestUM-Aquifer) und 03G0898A (TestUM-II) gefördert.